KR20040070319A - 용철의 제법 - Google Patents

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KR20040070319A KR10-2004-7011340A KR20047011340A KR20040070319A KR 20040070319 A KR20040070319 A KR 20040070319A KR 20047011340 A KR20047011340 A KR 20047011340A KR 20040070319 A KR20040070319 A KR 20040070319A
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

산화철과 탄소질 환원제를 포함하는 성형체를 원료로 하여, 회전 노상형로와 용해로를 연결한 용철 제조 공정을 실시할 때, 상기 성형체를 가열 환원로로 장입하고, 금속화율을 60% 이상으로 높인 후 용해로로 이송하고, 상기 용해로 내에서의 CO 가스의 2차 연소율을 40% 이하로 제어함으로써, 회전 노상형로 및 용해로의 내화물의 용융 손실을 가급적 억제하면서, 철분 순도가 높은 용철을 양호한 생산성으로 제조한다.

Description

용철의 제법{PROCESS FOR PRODUCING MOLTEN IRON}
철광석 등의 산화철원을 환원하여 용철을 제조하는 방법에 있어서, 현재 실용화되어 있는 것은, 용광로-회전로법이 주류이지만, 이 방법은 환원제로서 코크스의 사용이 불가결하고, 또한 스케일의 장점을 추구하여 경제 동향에 대한 생산 유연성을 결여하여, 특히 다품종·소량 생산에 대한 대응에 문제가 있다.
한편, 소규모로 다품종·소량 생산용 제철법으로서, MIDREX법으로 대표되는 직접 제철법이 있다. 그러나 이 방법은 환원제로서 천연 가스를 필요로 하기 때문에, 상기 설비의 입지 조건에 제약이 있다.
이에 대해, 석탄 베이스의 탄소질 환원제를 이용하여 환원철을 제조하고, 상기 환원철을 전기로로 가열 용융함으로써 용철을 제조하는 방법으로서 SL/RN법이 있고, 최근에는 회전 노상형로와 전기 용해로를 결합하여, 산화철의 환원과 생성하는 환원철의 가열 용해를 일관해서 실시하는 직접 제철법도 다수 제안되었다. 그러나 이들 방법은 대량의 전력을 필요로 하기 때문에, 상기 설비의 입지 조건이 전력 공급 사정이 좋은 장소로 한정된다.
상기와 같은 상황 하에서, 철광석 등의 철원과 석탄 등의 탄소질 환원제를 이용하여 용철을 제조하는 용융·환원 제철법의 개량 연구가 한창 진행되고 있고, 그 대표예로서 예비 환원로와 용융 환원로를 조합시킨 DIOS법 및 HIsmelt법이 제안되었다. 이들 방법을 실용화하는 데 있어서 중요한 것은, 용융 환원로에서 높은 수준의 2차 연소율과 착열 효율을 확보하는 것이지만, 이들을 높이면 철광석 등의 철원 중의 맥석 성분에 유래하여 가열 환원시에 부생하는 슬래그 내에 고농도의 산화철(FeO)이 혼입되어, 처리 화로내 인장 내화물을 현저히 용융 손실시킨다는 문제가 부각된다. 이러한 문제의 대응책으로서, 화로체를 수냉하여 내화물의 용융 손실을 억제하는 방법도 제안되어 있지만, 화로체로부터의 열 손실이 커지기 때문에, 용철의 생산성 및 열 에너지 효율에 막대한 악영향을 미친다.
또한 직접 제철법의 하나로서, 철광석 등의 철원과 탄재 등의 탄소질 환원제를 혼합하여 성형한 탄재 내장 성형체(펠렛 및 브리켓 등)를 회전 노상형로로 가열·환원하고, 용융 환원로로 최종적으로 용융 환원하여 용철을 제조하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1, 2, 3). 이들 방법에는, 용융 환원로에서 생성되는 고온의 배기 가스열을 회전 노상형로에 도입하여 유효하게 이용함으로써, 설비 전체로서의 열 효율을 높이는 목적이 있고, 그 나름의 효과가 기대된다. 그런데 용융 환원으로부터 뽑아 낸 고온의 배출 가스에는 다량의 더스트가 포함되고 있고, 이것이 배관 내에 부착·퇴적할 뿐만 아니라 회전 노상형로의 화로 벽 등에도 부착·퇴적하여, 안정 조업의 장해가 된다.
또한 용융 환원로에서 열 변동이 일어나면, 회전 노상형로로 공급되는 고온 가스의 열량 및 환원 포텐셜이 변동하여, 설비 전체로서의 조업 상황을 불안정하게 한다. 그리고 조업 상황이 불안정해지면, 회전 노상형로에서 진행되는 산화철의 환원 효율 및 금속화율이 변동하여 제품철의 순도가 불안정해질 뿐만 아니라, 부생 슬래그 내로의 산화철(FeO)의 혼입량이 증대하여, 노상 내화물의 용융 손실을 초래하게 된다.
또한 용융 환원법에서, 용융 환원로에 다량의 산소와 열을 가하기 때문에, 화로체 내화물의 보수 및 불어넣는 날개구의 유지 보수가 불가결하고, 그를 위해서는 화로체를 비스듬히 움직이거나 이동시키기 위한 설비가 필요해져, 이들 부대 설비의 설치 및 내화물 보수를 위한 경제적 부담은 용철의 제조 비용에 적지 않은 영향을 미친다.
본 발명은 상기와 같은 상황에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 산화철과 탄소질 환원제를 포함하는 혼합물을 원료로 하여, 회전 노상형로와 용해로를 조합시킨 용철 제조 공정에 있어서, 그것들의 조업 조건을 적절히 제어함으로써 회전 노상형로 및 용해로의 내화물의 용융 손실을 가급적 억제하면서, 철분 순도가 높은 용철을 생산성 양호하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 과제를 달성할 수 있는 본 발명에 관한 용철의 제법이란, 산화철원과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 가열 환원로로 장입하고, 상기 혼합물중 산화철을 탄소질 환원제에 의해 환원하여 고형 환원철로 한 후, 상기 고형 환원철을 용해로로 이송하고, 연료로서 공급되는 탄재를 연소시킴으로써, 상기 용해로에서 상기 고형 환원철을 용해시켜 철 용탕을 수득하는 용철의 제법에 있어서,
상기 고형 환원철의 금속화율을 60% 이상으로 높인 후 용해로로 이송하고, 상기 용해로로 공급하는 산소와 탄재량을 제어함으로써, 상기 용해로 내에서의 CO 가스의 2차 연소율을 40% 이하로 제어하는 데 요지가 존재한다.
또한 본 발명에 있어서 용해로 내의 2차 연소율이란, 용해로로부터의 배출 가스를 연속적으로 샘플링하여, 수득되는 가스 성분의 분석치로부터 하기 수학식에 의해서 산출되는 값이다:
2차 연소율= 100×(CO2+ H2O)/(CO+ CO2+ H2+ H2O)
또한 착열 효율은, 용해로로부터의 배출 가스 온도 및 철 용탕 온도의 측정치와, 상기 식에 의해서 요청되는 2차 연소율을 이용하여 산출된다.
본 발명에서 사용하는 상기 원료 혼합물을 조제하는 데 있어서는, 탄소질 환원제 및 상기 탄재량을, 상기 탄소질 환원제 및 상기 탄재 중의 휘발분을 제외한 탄소량(A)이 [(상기 혼합물중 산화철의 환원에 필요한 화학 당량)+(용철 제품 중의 목표 탄소 농도분)+(고형 환원철의 용해에 필요한 열량분)] 이상이 되도록 제어하면, 원료 혼합물 중의 산화철분의 고체 환원으로부터 환원 용융, 및 용융 금속철의취득에 걸친 일련의 공정을 보다 효율적이고 원활하게 수행할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 탄소량(A)의 조정은, 가열 환원로로 장입되는 상기 혼합물 중으로 배합하는 탄소질 환원제, 가열 환원로에서 제조된 환원철중에 배합하는 탄소질 환원제 및 상기 용해로로 공급되는 탄재로부터 선택되는 것 중 하나 이상에 따라 실시할 수 있다.
또한, 상기 용해로로 공급하는 산소 함유 가스로서, 산소 농도가 90% 이상인 고순도 산소를 사용하면, 용해로내에서의 2차 연소 효율이 높아질 뿐만 아니라, 2차 연소시의 연소 온도 및 용융 철욕으로의 착열 효율의 제어도 한층 더 용이해지고, 또한 발생 가스량이 억제되어 더스트 발생량도 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 상기 고산소 농도 가스의 용해로로의 공급은, 바닥 불기, 위 불기, 옆 불기 중 어느 한 가지 또는 이들의 임의의 조합에 의해 실시할 수 있지만, 이들 중에서도, 고산소 농도 가스를 슬래그층을 향해서 위 불기하거나 또는 옆 불기하면, 첨가되는 탄재를 슬래그층 내에서 효율적으로 연소시킬 수 있어서, 착열 효율을 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
한편, 용해로는 고정식 또는 전동식으로 하고, 상기 용해로로의 상기 고형 환원철나 탄재 및 슬래그 성분 조정용 용융제를, 상기 용해로의 상방으로부터 노내로 중력 낙하에 의해 투입하고, 또는 용탕내로 불어넣는 방식을 채용하면, 환원 용융을 간단한 조작으로 효율적으로 진행시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 이 때, 용해로의 철 용탕내에 불활성 가스를 불어 넣어 교반하면, 고형 환원철의 용해가한층 더 가속되어, 처리 시간을 단축할 수 있기 때문에 바람직하다.
고정식 용해로를 사용하는 경우, 상기 용해로의 측벽에 마련하는 용철과 용융 슬래그의 취출용 탭 홀을, 그 개구 높이 위치가 불활성 가스의 통풍이 일어나지 않는 위치로 설정해 두면, 가스 취입에 의한 취입 날개구부의 폐색 사고를 미연에 회피할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용하는 상기 산화철원으로서는 철광석이 가장 일반적이지만, 이 밖에 밀 스케일 등을 사용하는 것도 물론 가능하고, 추가로 용광로 더스트나 회전로 더스트와 같은 산화철 함유 더스트, 및 산화철과 함께 비철금속 및 그 산화물을 함유하는 것, 예컨대, 니켈, 크로뮴, 망간, 타이타늄 등의 비철금속 및 그 산화물을 함유하는 광석이나, 금속 정련 설비로부터 배출되는 먼지 및 슬래그 등을 사용할 수도 있다.
한편, 상기 비철금속 및 그 산화물의 경우에는, 용철을 제조하는 과정에서 발생하는 슬래그에 이들을 이행시켜, 순도가 높은 비철금속 및 그 산화물의 제조 원료 또는 제품으로서 회수할 수 있다.
상기 용해로에서 고형 환원철을 용해할 때, 탄재에서 유래하여 용융 금속철중에 상당량의 황이 혼입되지만, 이 용해 공정에서 적정량의 CaO 함유 물질을 첨가하여, 상기 용해로 내에서 생성되는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)가 1.2 이상이 되도록 조정해 주면, 용융 금속철 중의 황분을 용융 슬래그 방향으로 이행시킬 수 있고, 금속철의 황 함량을 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 이 때, 용융 금속철의 탄소 함량이 2% 이상이 되도록, 용해로에 첨가하는 탄재량을 조정해 주면, 황분의 슬래그 방향으로의 분배비가 높아져, 용융철 중의 황 함량을 한층 더 효율적으로 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 2차 연소열의 철 용탕으로의 착열 효율은 60% 이상으로 높이는 것이 바람직하다.
가열 환원로에서 수득되는 고형 환원철은, 그대로 고온을 유지한 채로 직접 용해로로 투입하는 것으로, 고형 환원철의 보유열을 그 가열 용해에 유효하게 이용할 수 있기 때문에 바람직하지만, 설비상의 제약에 따라서는, 상기 고형 환원철을 일단 야드 등에 보관해 두고, 필요에 따라 용해로로 이송하여 가열 용해를 실시할 수도 있다.
또한 상기 방법을 실시할 때, 상기 용해로에서 발생하는 연소 가스는 상당한 열을 보유하고 있기 때문에, 가열 환원로로 이송하여 열원으로서 유효하게 이용할 수도 있지만, 이 때에는, 송급 배관 및 가열 환원로로의 더스트 부착의 문제를 회피하기 위해, 상기 연소 가스를 냉각·제진하여, 상기 가스 중의 더스트 함유량을 5g/Nm3이하로 억제하는 것이 바람직하고, 또한 상기 가열 환원로로부터의 배기 가스를 이용하여 공기를 예열하여, 상기 가열 환원로의 연소용 공기, 원료 혼합물의 건조, 추가로 상기 원료 혼합물의 원료가 되는 산화철원 및 탄소질 환원제의 건조 중 하나 이상을 이용할 수 있도록 하면, 열 효율을 한층 더 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명은 용철의 제법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 철광석 등의 산화철원을 탄재 등의 탄소질 환원제와 함께 가열 환원하여 철분 순도가 높은 용철을 효율적으로 제조할 수 있도록 개선된 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 게시하는 공정 흐름도이다.
도 2는 용해로에서의 2차 연소율을 변화시켰을 때의 용해로로 공급되는 철분의 금속화율과 탄재 소비량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 용해로에 투입되는 철분의 금속화율을 변화시켰을 때의 탄재 소비량과 2차 연소율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 용해로로부터의 배출 가스 온도를 변화시켰을 때의 용해로 내 철욕으로의 착열 효율과 2차 연소율의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면을 참조하면서, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 도시예에 한정되지 않고 전·후기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 전체 시스템의 흐름도이며, 철원이 되는 철광석(1)으로서는, 바람직하게는 입경 8mm 정도 이하의 분광석을 사용하고, 이것을 건조기(2)로 건조한 후 광석 밀(3)로 분쇄한다. 건조기(2)의 열원으로서는, 회전 노상형로(14)의 배기가 현열을 이용하여 예열한 공기(4)를 사용하고, 필요에 따라 보조 연료(5)를 사용한다. 탄소질 환원제로서는, 일반적으로는 석탄(6)을 사용하고, 석탄 밀(7)로 분쇄한 후 혼합기(8)로 이송한다. 혼합기(8)에서는, 분쇄한 분광석과 미분탄, 필요에 따라 및 바인더(9)나 적량의 수분을 첨가하여, 구상, 입상, 펠렛상, 브리켓상 등으로 괴성화하여, 성형체로 한다. 이 때, 용해로에서의 환원 용융시에 필요한 부원료(10)(예컨대, 알루미나, 실리카, 칼시아 등)의 일부, 또는 혼합물을 슬래그 형성 성분으로서 첨가할 수 있다.
또한 도시예에서는 원료(혼합물)을 괴성화하여 성형체로서 이용하는 예를 게시하고 있고, 본 발명에서는 이렇게 성형하여 공급하는 것이 가장 바람직하기 때문에, 이하의 설명에서는 성형체로서 사용하는 경우를 주체로 하여 설명하지만, 경우에 따라서는 분상물을 혼합한 채로 사용하고, 또는 가볍게 눌러 굳힌 정도의 혼합물로서 사용하는 것도 가능하다. 또한 철원으로서는 철광석이 가장 일반적이지만, 이들과 함께 산화철을 포함하는 용광로 더스트 및 밀 스케일 등을 병용할 수도 있고, 또한 산화철과 함께 비철금속 및 그 산화물을 포함하는 것, 예컨대 금속 정련 설비로부터 배출되는 더스트 및 슬래그 등을 사용할 수도 있다.
또한, 탄소질 환원제로서 석탄(6) 등의 탄재를 사용하는 경우, 탄재중에 포함되는 휘발분은 600℃ 이상의 온도에서 휘발하여 산화철의 환원에는 거의 기여하지 않기 때문에, 상기 성형체내로의 탄재의 배합율은, 탄재 중에 휘발분으로서 포함되는 탄소를 제외한 탄소량을 기준으로 하여, 상기 탄소량이 산화철의 환원에 필요한 화학 당량분과, 용철 제품 중의 목표 탄소 농도분, 및 용해로에서의 환원철의 용해에 필요한 열량분의 총량에, 약간의 손실을 가미하여 결정하면 바람직하다.
원료 성형체(12)를 제조할 때 이용하는 괴성기(11)로서는, 펠렛타이저 및 브리켓 등을 사용할 수 있다. 상기 성형체(12)는, 외관 밀도로 1.2g/cm3이상, 바람직하게는 1.8g/cm3이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 가열 환원로(회전 노상형로)에서 성형체의 외면측에 주어지는 열이, 성형체 내부로 빠르게 전달하기 위해서 필요한 외관 밀도로서 찾아낸 값이다.
이 성형체(12)는, 성형후 건조기(13)에서 수분량이 1질량% 정도 이하가 될 때까지 건조한 후 회전 노상형로(14)(가열 환원로)에 공급하는 것이 좋다. 이 때 이용하는 건조용 공기로서, 회전 노상형로(14)로부터 뽑아 낸 배기 가스 현열과의 열 교환에 의해 예열한 공기(4)를 사용하면, 배열의 효과적인 이용이 증진되기 때문에 바람직하다.
또한 상기 건조용 공기의 온도는, 급속 가열에 의한 수분의 급격한 증발에 의해서 성형체(12)가 폭렬 등을 일으키지 않도록, 200℃ 정도 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 건조된 성형체(12)는 차차 회전 노상형로(14)에 장입하여, 가열 환원에 공급된다.
가열 환원에 의해 생성하는 환원철(15)의 금속화율은, 적어도 60% 이상, 바람직하게는 80%이상, 보다 바람직하게는, 후기하는 도 2에서 설명하는 바와 같이 스크랩의 용해 열량에 가까운 90% 이상으로 높여 두는 것이 바람직하다. 상기 가열 환원에 이용하는 연료로서는, 용해로(16)부터 뽑아 낸 환원성 가스를 이용하여, 회전 노상형로(14)의 측벽 등에 설치한 버너로 연소시킴으로써 성형체(12)를 가열한다.
상기 가열 환원 공정에서 환원철(15)의 금속화율을 60% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상으로 높이기 위해서는, 버너 연소 상태를 안정적으로 유지하는 것이 필요하고, 그를 위해서는 용해로(16)로부터 뽑아 낸 배기 가스를 일단 냉각하여 제진함으로써 배기 가스 중의 더스트 농도를 5g/Nm3이하, 바람직하게는 1g/Nm3이하로 저감해 두는 것이 바람직하다. 한편, 설비가 세워질 때나 회전 노상형로(14)의 열 보상시 등에 구비하여, 천연 가스나 미분탄 등을 외부 연료(17)로서 공급 가능하게 해 두는 것도 효과적이다.
회전 노상형로(14) 내에서는, 후기 반응식 2 및 4로 나타낸 바와 같은 반응에 의해 발생하는 CO 가스를, 상기 예열 공기(4)와 하기 반응식 1로 나타낸 바와 같이 2차 연소시켜, 이 반응열을 성형체(12)의 가열 환원용 열로서 사용한다:
이들 반응에서, 배기 가스 중의 산소량이 실질적으로 0이 될 때까지 완전 연소시킬 수 있어서, 2차 연소율 100%를 달성할 수 있다. 이것은 회전 노상형로(14)에서 탄재가 갖고 있는 잠재적 열에너지를 다 쓰는 것을 의미하여, 높은 에너지 효율을 얻을 수 있다.
회전 노상형로(14)에서 수득되는 환원철(15)은, 일단 계외로 취출한 후 용해로(16)에 장입할 수도 있지만, 바람직하게는 실질적으로 냉각하지 않고 고온을 유지한 상태로 용해로(16)에 장입하면, 열 효율을 높이는 데 유리하다. 또한 용해로(16)으로의 장입법으로서는 중력 낙하를 이용하여, 화로의 상방으로부터 연속 장입하면 바람직하다. 이 때, 환원철(15)의 가열용해에 필요한 열원이 되는 탄재(18) 및, 슬래그 성분 조정용 부원료(19)도, 동일하게 용해로(16)의 상방으로부터 투입한다. 이 상방으로부터 투입하는 방법은, 장입 설비의 보전을 용이하게 한다.
그리고 상기 용해로(16)에 투입되는 산소원(20)과 탄재(18)를 반응(연소)시킴으로써, 환원철(15) 중에 잔존하는 미환원의 산화철을 환원하는 동시에, 환원철을 가열·용해하고, 바람직하게는 탄소 함유량이 2% 이상, 보다 바람직하게는 2.5 내지 4.5%인 용철을 제조한다.
이 때, 용해로(16)에서 발생하는 CO 가스의 2차 연소율이 40% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이상, 40% 이하가 되도록 산소원(20)과 탄재(18)의 공급량을 제어하고, 2차 연소열의 용탕으로의 착열 효율을 60% 이상, 보다 바람직하게는 75% 이상, 또한 바람직하게는 80% 이상으로 높인다. 또한, 2차 연소율을 40% 이하로, 또한 착열 효율을 60% 이상(보다 바람직하게는 75% 이상)으로 정한 이유는, 뒤에서 상세히 설명한다.
산소원(20)으로서는, 바람직하게는 산소 농도가 90% 이상인 고순도 산소를 사용하고, 이것을 용해로(16)의 온수면상의 슬래그층을 향해서 위 불기, 옆 불기, 또는 바닥 불기함으로써 슬래그층을 교반한다. 또한, 산소의 취입을 위 불기 또는 옆 불기 구조로 하면, 취입용 날개구의 유지 보수를 쉽게 하여, 용해로(16) 본체를 비스듬히 움직일 필요도 없어지기 때문에, 용해로를 고정식의 간소한 구조로 할 수 있기 때문에 유리하다.
또한, 산소 농도가 90% 이상인 고순도 산소를 이용함으로써 2차 연소율의 제어를 용이하게 하는 동시에, 용해로(16)에서 발생하는 환원성 가스를 회전 노상형로(14)에 공급할 때의 가스 칼로리를 적절한 수준, 즉 필요한 이론 연소 온도를 확보하는 데 필요하고 또한 충분한 조건 제어도 용이해진다.
이 때, 바닥 불기 교반용으로서 철 용탕 내로 질소 등의 불활성 가스(21) 취입, 교반을 강화함으로써 환원철(15)의 용해를 촉진시키는 것도 효과적이다.
또한, 용해로(16)에 공급하는 탄재(18)의 일부 또는 전부, 및/또는, 용해로(16)에 공급하는 탄재(18)와는 별도의 탄재를, 성형체(12)와는 별도로 회전 노상형로(14)에 직접 공급할 수도 있다.
이 탄재는, 회전 노상형로(14)의 화로 바닥상에 바닥 부재로서 공급하거나, 성형체(12) 공급용 장치를 이용하여 성형체(12)와 동시에 회전 노상형로(14)에 공급하거나, 성형체(12)를 회전 노상형로(14)에 공급한 후에 공급할 수 있다. 회전 노상형로(14)에 공급되는 이 탄재는, 바닥 부재로서 사용하는 경우는 분상인 것이 바람직하지만, 성형체(12)와 동시에 회전 노상형로(14)에 공급하거나, 성형체(12)를 회전 노상형로(14)에 공급한 후에 공급하는 경우는, 반드시 분상일 필요는 없고, 괴상일 수도 있다. 이와 같이 탄재를 회전 노상형로(14)에 공급하면, 상기 탄재 중의 휘발분이 휘발함으로써 가열 원료로서의 기능도 발휘하고, 외부 연료(17)의 공급량도 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기에서 「별도의 탄재」란, 용해로(16)에 공급되는 탄재(18)와 장입하는 화로가 다른 경우나, 별도의 종류의 탄재일 수도 있다는 것을 의미하는 것으로, 예컨대, 용해로(16)에 장입하는 탄재(18)가 코크스인 경우에, 회전 노상형로(14)에장입하는 별도의 탄재로서, 상기 코크스의 원료가 되는 석탄을 사용하는 것과 같은 경우를 상정한 것이다. 따라서, 별도의 탄재라고 하더라도 완전히 별도의 탄재를 의미하는 것이 아니다.
또한 이 탄재는, 회전 노상형로(14) 내에서 가열됨으로써 차콜(charcoal)화한 후, 용해에 필요한 탄재(연료)로서 용해로(16)에 공급된다. 상기 탄재로서 석탄을 이용한 경우는, 회전 노상형로(14) 내에서 차콜화됨으로써 석탄의 휘발분은 없어지고, 예열된 차콜으로서 용해로(16)에 공급되기 때문에, 용해로(16)에 탄재(18)로서 직접 공급하는 경우에 비해, 용해로(16)에 투입했을 때에 발생하는 배기 가스량이 적어져, 상기 배기 가스 설비를 축소할 수 있는 점 외에, 잉여 배기 가스(26)의 양도 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 탄재[탄재(18)에 관해서도 동일]로서는, 석탄 외에, 목재 칩 및 폐플라스틱, 낡은 타이어 등, 추가로 휘발분이 포함되지 않은 코크스나 목탄, 코크스 브리즈 등도 사용할 수 있다.
용해로(16)의 측벽에는, 용철(22)과 용융 슬래그(23)를 취출하기 위한 탭 홀을 마련한다. 상기 탭 홀의 개구 설치 높이는, 교반 가스(21)가 빠져나가지 않는 위치에 설정하는 것이 바람직하다. 또한 용해로(16)는 밀폐 가능한 구조로 하여, 상기 용해로(16)부터 발생하는 가스의 전량, 또는 일부를 연료원으로서 상기 회전 노상형로(14)에 공급하여 유효하게 이용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 용해로(16)로부터의 발생 가스를 회전 노상형로(14)에 이송하는 데 있어서는, 도시한 바와 같이 가스를 일단 냉각하여, 제진 장치(24)를 통해서 제진함으로써 더스트 함유량을 5g/Nm3정도 이하, 바람직하게는 1g/Nm3이하로 저감해 두는 것이 바람직하다. 그에 의해, 가스 배관 및 회전 노상형로(14) 등의 내벽으로의 더스트의 부착 퇴적을 가급적 억제할 수 있다. 이 때, 상기 용해로(16)로부터 배출되는 고온 가스가 보유하는 현열을, 예컨대 용해로(16)의 출구에 설치한 복사 전달열 보일러 등에 의해서 회수한 후 가스 냉각·제진 장치(24)로 이송하는 구성으로 하면, 배기 가스의 현열도 효과적으로 활용할 수 있기 때문에 바람직하다.
그 후, 승압 블로어(25)로 압력 조정한 후, 회전 노상형로(14)의 연소 버너에 공급한다. 이 때, 용해로(16)로부터 뽑아낸 배기 가스의 연료 가스로서의 양이 과잉인 경우에는, 잉여 배기 가스(26)로서 외부에 취출하고, 인접 설비의 연료 가스로서 유효하게 이용하면 바람직하다. 또한, 용해로(16)를 밀폐 구조로 하고 또한 고압의 산소 가스를 사용하면, 그 압력을 이용하여 용해로(16)내를 가압할 수 있어, 노보루압 블로어(25)를 생략할 수 있다.
회전 노상형로(14)부터 배출되는 가스는, 잠열을 거의 갖고 있지만 고온이므로, 폐열 보일러(27)에서 열회수한 후, 공기 예열용 열교환기(28)에서 공기의 예열에 유효하게 이용하면 바람직하다. 열교환기(28)에서 열회수된 배기 가스는, 제진 장치(30)로 정화 처리한 후, 흡인 팬(31)을 거쳐 대기 방산된다. 이 흡인 팬에 의해 회전 노상형로(14)의 노 내 압력이 제어된다.
본 발명은, 상기와 같은 흐름도에 따라 실시되지만, 그 중에서도 특히 중요한 회전 노상형로(14)와 용해로(16)의 조업 조건 등에 관해서, 더 자세히 설명한다.
우선, 환원철 제조 설비의 주체가 되는 회전 노상형로에 관해서 상술한다. 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 혼합물, 바람직하게는 이들을 성형하여 이루어지는 탄재 내장 성형체를 회전 노상형로로 공급하여 가열하면, 하기 반응식 2 내지 4로 나타낸 반응이 진행하여, 산화철의 환원이 실시된다.
여기서 발생하는 CO 및 CO2의 양은, 성형체 내에 내장된 탄소질 환원제의 양 및 가열 조건에 의해 결정된다.
회전로 바닥 상에 장입된 원료 혼합물은, 버너 연소에 의한 연소 열과 화로 벽 및 천장으로부터의 복사 전달열에 가열된다. 열 복사는 온도의 4승으로 작용하기 때문에, 신속한 승온과 환원이 가능하고, 원료 혼합물 중의 산화철은 예컨대 6 내지 12분의 극 단시간의 가열로 금속철에 환원된다.
원료 혼합물의 외면측으로부터 주어진 열은, 전도 전달열로 원료 혼합물의 내부에 전해져, 상기 식 2 내지 4의 반응을 계속시킨다. 상기 혼합물 내부 방향으로의 전달열을 효율적으로 진행시키기 위해서는, 원료 혼합물을 성형체로 하여, 그 외관 밀도를 1.2g/cm3이상, 바람직하게는 1.8g/cm3이상으로 해 두는 것이 바람직하다.
산화철원과 탄소질 환원제의 혼합비는, 탄소질 환원제 중의 휘발분을 제외한 고정 탄소분이 산화철의 환원에 요하는 화학 당량 이상이 되도록 해야 하는 것은 당연하며, 또한 용해로에 투입한 후의 가열 용융에 필요한 연소 열량과, 환원 용융에 의해 생성되는 용철의 목표 탄소 농도 상당량도 가미하여 정하는 것이 바람직하다.
즉, 탄소질 환원제 및 상기 탄재량은, 상기 탄소질 환원제 및 상기 탄재 중의 휘발분을 제외한 탄소량(A)이, [(상기 혼합물 중의 산화철의 환원에 필요한 화학 당량)+(용철 제품 중의 목표 탄소 농도분)+(고형 환원철의 용해에 필요한 열량분)] 이상이 되도록 조정해야 하며, 상기 탄소량(A)의 조정은, 가열 환원로로 장입되는 상기 혼합물 중으로 배합하는 탄소질 환원제, 가열 환원로에서 제조된 환원철 중에 배합하는 탄소질 환원제 및 상기 용해로로 공급되는 탄재로부터 선택되는 하나 이상에 의해 실시할 수 있다. 예컨대, 원료 혼합물의 조제단계에서 다량의 탄재를 내장한 경우는, 또한 그에 따라, 가열 환원으로 수득한 고형 환원철에 혼입한 탄재량을 적절히 감소시키면 바람직하다.
또한 용해로에서 환원 용융을 실시할 때는, 고형 환원철과 함께 또는 별도로, 용해로에 CaO 함유 물질을 첨가하고, 부생 슬래그의 염기도가 바람직하게는1.2 이상이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 용해로에서 부생하는 슬래그의 염기도를 1.2 이상으로 조정해 주면, 철 용탕 중에 포함되어 있는 황 분이 용융 슬래그 방향으로 이행하여, 수득되는 금속철의 황 함량을 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
이 때, 부생 슬래그 중의 FeO 함량이 적어짐에 따라, 황성분의 슬래그 방향으로의 분배율이 높아져, 철 용탕 중의 황함량은 감소한다. 슬래그 중의 FeO 함량은 철 용탕 중의 탄소량(B)이 많아질수록 감소하기 때문에, 슬래그 방향으로의 황 성분의 분배율을 높여 철 용탕 중의 황함량을 저감시키기 위해서는, 철 용탕 중의 탄소량(B)을 2% 정도 이상, 보다 바람직하게는 3% 정도 이상으로 높이는 것이 효과적이다. 이렇게 하여 슬래그 중의 FeO량을 적게 하면, 용융 FeO에 의한 노 내인장 내화물의 용융 손실도 억제되기 때문에 바람직하다.
상기 철 용탕 중의 탄소량(B)은,
①가열 환원로로 장입되는 상기 원료 혼합물 내로 배합하는 탄소질 환원제,
②가열 환원로에서 제조된 환원철 중에 배합하는 탄소질 환원제,
③상기 용해로로 공급되는 탄재,
④상기 가열 환원로로 장입되는 별도의 탄재
중 어느 한 가지 이상에 따라 실시하면 바람직하다.
그런데 환원 철의 환원 용융이 실시되는 용해로의 특성으로서는, 용해로에서의 환원 용융 처리를 효율적으로 진행시키기 때문에, 용해로로 장입되는 철원(환원철)의 금속화율을 어떻게 높일지가 열쇠이며, 그를 위해서는 회전 노상형로에서 환원철의 금속화율을 어떻게 높일지가 중요하다.
그를 위해서는, 회전 노상형로에 있어서의 원료 성형체의 승온·가열 조건을 적절히 또한 안정적으로 제어해야 하고, 가열용 연료 가스의 성상을 극히 안정적으로 유지해야 한다. 상기 용해로에 발생하는 가스를 회전 노상형로로 이송하여 연료 가스로서 사용할 때, 상기 가스의 칼로리가 높을수록 연소 온도를 높이기 용이하여, 회전 노상형로의 온도 제어가 용이해진다. 이것은, 용해로에서의 2차 연소율을 낮게 억제하여, CO2함량을 낮게 유지하는 것이 바람직하다는 것을 뜻하고 있다. 또한, 버너 연소를 안정적으로 장시간 계속시키기 위해서는, 연료 가스 중의 더스트를 가능한 한 적게 억제하여, 송급 배송관내 및 연료 가스 버너로의 더스트의 부착 퇴적 및 노즐 막힘 등을 가급적 방지하는 것이 바람직하다.
그래서 용해로로부터의 배출 가스를 회전 노상형로로 도입하기까지 사이에, 상기 가스를 일단 냉각하여 제진하는 설비를 마련한다. 이 제진 처리에 의해서, 가스 중의 더스트 농도를 5g/Nm3이하, 바람직하게는 1g/Nm3이하로 저감시키는 것이 추장된다. 또한 제진 설비의 조업 온도는, 설비의 내열성 및 안전성 등을 고려하여 800℃ 정도 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
다음으로 고형 환원철의 환원 용융이 실시되는 용해로의 조업 조건에 관해서 설명한다.
용해로 내의 철 욕에 투입되는 탄재는, 동시에 불어 넣어지는 고농도 산소와의 반응에 의해서 하기 반응식 5로 나타낸 바와 같이 CO 가스를 발생시키고 철 욕상의 기상 내에서 하기 반응식 6으로 나타낸 바와 같이 2차 연소를 일으킨다:
이들 반응은 발열 반응이며, 이들 열이 철 욕으로 전달되어, 용해로에 투입되는 고형 환원철을 추가로 환원하여 용융하기 위한 열로서 사용된다.
도 2, 3은 용해로에 투입되는 철원의 금속화율과, 용해로에 있어서의 2차 연소율 및 탄재 소비량의 관계를 나타낸 그래프이다. 이들 도면으로부터 명백한 바와 같이, 탄재 소비량은, 투입되는 철원의 금속화율의 상승과 함께 감소하고(도 2), 또한 2차 연소율의 상승과 함께 감소한다(도 3).
특히 도 2에 따르면, 2차 연소율 40% 이하에서는, 금속화율이 60% 이상이 되면 탄재 소비량은 보합 상태가 되어, 금속화율의 변동에 의한 탄재 소비량의 변동이 적어지기 때문에, 안정 조업을 수행하는 데에 있어서 매우 유용해진다.
따라서, 용해로로 공급하는 철원(즉, 환원철)의 금속화율은, 탄재 소비량을 억제하는 동시에 안정 조업을 증진하는 데 있어서 극히 높이는 것이 유리하며, 적어도 60% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상, 또한 바람직하게는 통상 철 스크랩에 상당하는 90% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 금속화율로 60% 이상을 확보하기 위해서는, 원료 혼합물의 제조 시에 배합되는 탄소질 환원제의 양 및 회전 노상형로에서의 가열 환원 조건을 적절히 제어하면 바람직하고, 구체적으로는, 원료 혼합물의 조제 단계에서 상술한 바와 같이 산화철의 환원에 필요 충분량의 탄소질 환원제를 배합하는 것 외에, 회전 노상형로에서의 조업 온도를 1100 내지 1400℃, 보다 바람직하게는 1250 내지 135℃로 하고, 체류 시간으로 6분 이상, 보다 바람직하게는 8분 이상을 확보하면 바람직하다.
또한 도 3으로부터는, 용해로에서의 2차 연소율의 상승에 의한 탄재 소비량 저감 효과를 실조업에 있어서 효과적으로 발휘시키기 위해서는, 2차 연소율이 높은 쪽으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20% 이상을 확보하는 것이 바람직하다. 그러나 2차 연소율이 40%를 초과하면, 그 이상의 탄재 소비량 저감 효과는 거의 관찰되지 않게 되기 때문에, 2차 연소율은 40% 이하, 보다 바람직하게는 30% 정도 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
또한 2차 연소율은 용해로로의 탄재의 첨가량 및 산소 가스 취입량 등에 따라 변하기 때문에, 그 값을 40% 이하, 보다 바람직하게는 20 내지 40%의 범위로 제어하기 위해서는, 상기 2차 연소율을 고려하여 탄재 첨가량 및 산소 가스 취입량을 적절히 제어하면 바람직하다.
또한 2차 연소는, 용해로에 있어서의 기상측의 온도를 상승시켜, 내인장 내화물에 막대한 열부하를 부여한다. 투입 철원의 금속화율이 저하된다는 것은, 철원 중에 포함되는 미환원 산화철(FeO)량이 많아지는 것을 의미하고, 나아가서는 부생 슬래그 중의 FeO량의 증대에 의해 내인장 내화물의 용융 손실을 가속한다. 그래서, 상술한 바와 같이 내화물의 용융 손실을 누르기 위한 수단으로서 내화물을 수냉하는 것도 시도되고 있지만, 이 방법에서는 수냉에 의한 열손실이 생산 효율및 비용에 중대한 영향을 미친다.
또한, 용해로에 첨가되는 철원(환원철)의 용해를 촉진하기 위해서는, 철욕을 교반하는 것이 효과적이지만, 교반을 강화하면 용해로로부터 빠져 나가는 배기 가스 중의 더스트량이 증대하여(최대 100g/Nm3정도까지), 철의 수율을 저하시킬 뿐만 아니라, 고온 가스 배관 내에 부착·퇴적하여 폐색 사고를 야기하는 원인이 된다.
이러한 점을 고려하여 본 발명에서는, 용해로로 공급하는 환원철의 금속화율을 60% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상으로 높임으로써 탄재 소비량을 저감하고, 또한, 용해로에서의 2차 연소율을 40% 이하, 보다 바람직하게는 20 내지 40% 정도, 더욱 바람직하게는 20 내지 35%로 억제함으로써, 기상측 온도의 과도한 상승을 회피하여, 용해로로의 부하를 경감할 수 있도록 하고 있다.
한편, 용해로로 불어 넣는 산소원으로서는 공기를 이용할 수도 있지만, 그 경우에는 산소에 대하여 약 4배나 포함된 질소도 예열되게 되므로, 예열 에너지의 낭비가 많아질 뿐만 아니라, 발생 가스량도 증대하게 된다. 따라서, 열 효율을 높이는 동시에 쓸데없는 가스 발생량의 증대를 피하기 위해서는, 산소원으로서 고순도 산소, 바람직하게는 산소 순도가 90% 이상인 고순도 산소를 사용하는 것이 바람직하고, 그에 따라 발생 가스량을 최소한 억제하는 동시에, 더스트 발생량도 저감할 수 있다.
다음으로 용해로에 있어서의 2차 연소율과 착열 효율, 및 용해로로부터의 배출 가스 온도의 관계를 조사하여, 종래 예와 비교 검토한 결과를 도 4에 나타낸다.
도 4로부터 명백한 바와 같이, 착열 효율이 일정하면, 2차 연소율이 높아짐에 따라 배기 가스 온도는 상승하여, 용해로에서 유효하게 사용되지 않고 배출되는 열량이 증대한다. 반대로, 배기 가스 온도를 일정하게 유지할 수 있으면, 2차 연소율이 높아짐에 따라 착열 효율은 상승하여, 열이 유효하게 사용되는 것을 확인할 수 있다. 도 4에 나타낸 사례 A는, 용해로로의 투입 철원으로서 스크랩을 이용한 경우의 예이고, 2차 연소율 20%에서 착열 효율은 89%로 높고, 배기 가스 온도도 1650℃ 정도의 낮은 결과가 수득되고 있다.
이에 대해 사례 B는, 용해로로의 투입 철원으로서 금속화율이 30%의 환원철을 이용한 경우에, 2차 연소율은 약 45%로 높아져 있기 때문에, 배기 가스 온도는 1900℃의 고온이 되어 내인장 내화물로의 열 부하가 증대하는 점 외에, 착열 효율은 85%로 저하되어 있다. 또한 이 사례 B에서는, 투입 철원의 금속화율이 30%로 낮기 때문에, 환원 용융시에 부생하는 슬래그 중의(FeO) 농도가 높아져, 내인장 내화물의 용융 손실도 가속된다는 것이 확인되었다.
이러한 결과로부터, 회전 노상형로에 의한 가열 환원 장치와, 생성되는 환원철을 환원 용융하는 용해로를 연결한 일관 설비를 조업할 때의 바람직한 조건으로서는,
① 회전 노상형로에서의 금속화율을 60% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상으로 높여 잔류(FeO)를 극히 적게 할 것,
② 용해로로부터의 배출 가스를 회전 노상형로의 연료에 사용하기 위한 필요한 칼로리를 확보하기 위해, 용해로에서의 2차 연소율을 40%이하, 보다 바람직하게는 20 내지 40%의 범위로 제어할 것,
③ 용해로의 내인장 내화물의 용융 손실을 억제하기 위해, 배기 가스 온도를 과도히 높이지 않기 위해서도, 2차 연소율은 40% 이하로 억제하는 것이 중요하고, 도 4의 사선으로 나타낸 영역이 바람직한 조건으로서 추장된다.
즉, 앞서 도 2, 3에서 설명한 바와 같이, 회전 노상형로에서의 가열 환원 후 용해로로 장입되는 환원철의 금속화율을 60% 이상으로 높이고, 또한, 용해로에서 발생하는 CO 가스의 2차 연소율이 40% 이하가 되도록, 상기 용해로로의 산소 및 탄재의 공급량을 제어하여, 2차 연소열의 철 용탕으로의 착열 효율을 60% 이상, 보다 바람직하게는 75% 이상으로 높이면 바람직한 것이 확인되었다.
또한, 2차 연소열의 철 용탕으로의 착열 효율(Ef)은, 하기 수학식으로 정의된다:
Ef=[1-(H3+ H4- H2)/H1]× 100(%)
상기 식에서, H1은 2차 반응의 발열량이다. 여기서, 2차 연소 반응이란, 철 용탕으:로부터 발생하는 CO, H2가스의 산소에 의한 연소로, 하기 반응식으로 표시된다:
CO+(1/2)O2= CO2
H2+(1/2)O2= H2O
H2는 철 용탕으로부터 발생하는 가스의 현열이다. 가스량과 조성은 철 용탕의 물질 수지로부터 산출되고, 온도는 철 용탕과 동일하게 한다.
H3은 노로부터 배출되는 가스의 현열이다.
H4는 2차 연소 반응이 발생되고 있는 기상측에서의 열 손실이다(전체 입열량의 10 내지 20%에 상당한다).
이러한 조건을 만족시키면, 용해로의 내인장 내화물의 수명이 연장하기 때문에, 용해로를 중간 보수 및 유지 보수를 위해 비스듬히 움직일 수 있게 하거나 이동 가능하게 할 필요가 없고, 고정형의 용해로 본체를 이용한 경우라도 장기간 지장없이 조업을 계속할 수 있다. 단, 본 발명에서는 고정형 용해로의 사용에 한정되지 않고, 전동식 용해로를 사용하는 것도 물론 가능하다.
이렇게 본 발명에 따르면, 탄소질 환원제가 내장된 원료 혼합물을 회전 노상형로와 같은 가열 환원로로 장입하고, 상기 혼합물 중의 산화철을 환원하여 고형 환원철로 한 후, 이것을 용해로로 이송하고, 또한 가열 환원하는 동시에 환원철을 용해하여 용철을 제조할 때,
a) 가열 환원로에서 고형 환원철의 금속화율을 60% 이상으로 진행시키고,
b) 용해로에서 발생하는 CO 가스의 2차 연소율이 40% 이하가 되도록 산소 공급량과 탄재 공급량을 제어하고,
c) 바람직하게는, 상기 2차 연소에 의한 연소열의 용탕으로의 착열 효율을 60% 이상으로 높이고,
d) 용해로를 밀폐 구조로 하여, 상기 용해로로부터 발생하는 가스의 전부 또는 일부를 연료로서 상기 가열 환원로로 공급하여, 수득되는 고형 환원철을 상기 용해로로 가열함으로써 탄소 함유량이 1.5 내지 4.5% 정도의 환원철 용탕을 고에너지 효율 하에서, 가열 환원로 및 용해로의 열화를 최소한 억제하면서 생산성 양호하게 제조할 수 있게 되었다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한되지 않고, 전·후기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시할 수 있고, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
상기 도 1로서 나타낸 공정 흐름도에 준거하여, 표 1에 나타낸 화학 조성의 원료 광석과 석탄을 이용하고, 표 2에 나타낸 조건으로 시험 조업을 실시하여, 표 2에 병기하는 결과를 얻었다.
표 2에 있어서, 실험번호 1 내지 3은, 회전 노상형로에서 제조되는 환원철의 금속화율을 90%로 유지하고, 용해로에서는 2차 연소율을 40% 이하로, 착열 효율이 60 내지 90%가 되도록 제어한 것으로, 이 중 실험번호 1은, 용해로 발생 가스를 전량 회전 노상형로에 도입하고, 부족분을 보조 연료(본 예에서는 천연 가스를 사용)로 보충한 케이스이다.
실험번호 2는, 용해로의 착열 효율을 높이는 동시에 가스 발생량을 늘려, 회전 노상형로에서의 보조 연료 0을 목표로 한 예이다. 그 결과, 용해로로부터의 배기 가스 중의 더스트량은 약간 증대하지만, 실조업의 장해가 될 때까지 이르지 않는다. 또한, 용해로로부터의 배기 가스량이 약간 잉여 기미가 되어, 약간이지만 외부 열원으로서 이용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험번호 3은, 전체 공정 파라미터를 최적화하여, 회전 노상형로에서의 보조연료를 사용하지 않고, 동시에 용해로로부터의 잉여 가스도 0을 목표로 한 예로, 회전 노상형로와 용해로를 묶어, 에너지적으로 자기 완결형의 조업이 확립되었다.
이들에 대해 실험번호 4에서는, 2차 연소 효율이 30%로 낮게 유지되고 있지만, 용해로에서의 철 용탕으로의 착열 효율이 73%로 약간 낮기 때문에, 석탄 및 산소의 사용량이 약간 증대하고, 잉여 가스도 발생량 및 더스트 농도도 약간 증가하는 경향이 보인다. 실험번호 6는 용해로로의 탄재 장입량을 늘려 침탄량을 증대시키고, 용철의 탄소량을 포화 탄소량 수준까지 높인 예이다. 즉 본 발명에 의하면, 용해로로의 취입 탄소량 등을 조정함으로써 용철의 탄소량을 포화 탄소 농도 수준까지 높이는 것이 용이하다.
실험번호 5에서는, 용해로에서의 2차 연소율을 과도하게 높인 예이며, 착열 효율은 높여지고 있지만, 가열 환원로로 송급되는 배기 가스량과 열량(환원 포텐셜)이 저하되었기 때문에, 회전 노상형로에서는 보조 연료에 의한 보충이 필요하게 되었다.
이러한 결과로부터 명백한 바와 같이, 상술한 조업 조건을 최적화하면, 높은 에너지 효율 하에서 용해로로의 과도한 열 부하를 주지 않고, 고체 환원으로부터 환원 용융에 걸친 일련의 조업을 안정적으로 효율적으로 실시하여, 고순도의 용융 철을 생산성 양호하게 제조할 수 있다. 그리고 예컨대 상기 실험번호 3에서 나타낸 바와 같이, 조업 조건을 잘 제어하면, 일련의 용철 생산 설비 내에서 에너지적으로 자기 완결형 조업도 실현할 수 있다.
한편, 상기 실험번호 3과 동일한 조건으로 용융 금속철의 제조를 실시할 때,용해로로 가열용 탄재와 함께 생석회(CaO)를 추가 투입함으로써, 생성 슬래그의 염기도(CaO/SiO2비)가 1.5 내지 1.6의 범위가 되도록 조정하면서 환원 용융을 계속하여 수득되는 용철의 S 함량을 측정했다. 그 결과, 조업 개시의 초기 단계에는 S 함량이 서서히 증대하여, 40분 경과하면 S 함량은 약 0.04질량%까지 높아졌지만, 그 후의 S 함량의 증대는 보이지 않고, 수득되는 금속철의 S 함량은 약 0.04질량%로 안정되었다. 이것은 용해로에 생석회를 추가 투입하여 생성 슬래그의 염기도를 높임으로써 용융 금속중의 S가 슬래그 방향으로 이행한 것에 의한 것이라고 생각된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래 법에 비해 적은 에너지 소비량으로 용철을 효율적으로 제조할 수 있으면서도 내화물 손실이 적고 에너지 유연성이 풍부하며, 생산 탄력성이 있는 제철 공정을 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 산화철원과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 가열 환원로로 장입하고, 상기 원료 혼합물 중의 산화철을 탄소질 환원제에 의해 환원하여 고형 환원철로 한 후, 상기 고형 환원철을 용해로로 이송하고, 연료로서 공급되는 탄재를 연소시킴으로써, 상기 용해로에서 상기 고형 환원철을 용해시켜 철 용탕을 수득하는 용철의 제법에 있어서,
    상기 고형 환원철의 금속화율을 60% 이상으로 높인 후에 용해로로 이송하고, 상기 용해로로 공급하는 산소와 탄재의 양을 제어함으로써, 상기 용해로 내에서의 CO 가스의 2차 연소율을 40% 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 용철의 제법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가열 환원로로부터의 배기 가스열을 이용하여 공기를 예열하고, 가열 환원로의 연소용 공기, 원료 혼합물 및 원료의 건조 중 하나 이상으로서 사용하는 제법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    탄소질 환원제 및 탄재의 양을, 탄소질 환원제 및 탄재 중의 휘발분을 제외한 탄소량(A)이, [(혼합물 중의 산화철의 환원에 필요한 화학 당량) + (용철 제품 중의 목표 탄소 농도분) + (고형 환원철의 용해에 필요한 열량분)] 이상이 되도록 조정하는 제법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소량(A)의 조정을, 가열 환원로로 장입되는 혼합물 중으로 배합하는 탄소질 환원제, 가열 환원로에서 제조된 환원철 중에 배합하는 탄소질 환원제 및 용해로로 공급되는 탄재로부터 선택된 하나 이상에 의해 실시하는 제법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용해로로 공급하는 산소 함유 가스로서 산소 농도가 90% 이상인 고순도 산소를 사용하고, 상기 가스를 바닥 불기, 위 불기 또는 옆 불기하여 슬래그층의 교반을 실시하는 제법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2차 연소열의 철 용탕으로의 착열 효율을 60% 이상으로 높이는 제법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고형 환원철, 탄재 및 슬래그 성분 조정용 용융제를, 용해로의 상방으로부터 중력낙하에 의해서 노 내로 투입하거나 용탕내로 불어 넣는 제법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용해로의 철 용탕 내로 불활성 가스를 불어 넣어 교반하는 제법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용해로로서 고정식 또는 전동식의 용해로를 사용하는 제법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    용해로로서 고정식의 용해로를 사용하고, 용해로의 측벽에 용철과 용융 슬래그의 취출용 탭 홀을 마련하고, 또한 그 개구 높이 위치를 불활성 가스가 빠져 나가지 않는 위치로 하는 제법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화철원이, 산화철과 함께 비철금속 또는 그 산화물을 포함하는 제법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화철원이, 금속 정련 설비로부터 배출되는 더스트를 포함하는 제법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용해로 내에서 생성되는 슬래그의 염기도가 1.2 이상이 되도록, 용해로 내에 별도 CaO 함유 물질을 첨가하여, 생성되는 용융 슬래그에 철 용탕 중의 황분을 이행시키는 제법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    철 용탕 중의 탄소량(B)을 2질량% 이상으로 하는 제법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 환원로에서 수득되는 고형 환원철을 즉시 용해로로 이송하여 용해시키는 제법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 환원로에서 수득되는 고형 환원철을 실질적으로 냉각하지 않고 용해로로 이송하여 용해시키는 제법.
  17. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 환원로에서 수득되는 고형 환원철을 일단 보관한 후에 용해로로 이송하여 가열용해시키는 제법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용해로에서 발생하는 연소 가스의 적어도 일부를, 가열 환원로에 열원으로서 공급하는 제법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    용해로에서 발생하는 연소 가스를 가열 환원로로 이송할 때, 연소 가스를 냉각·제진하고 가스 중의 더스트 함유량을 5g/Nm3이하로 억제하는 제법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄재의 일부 또는 전부 및/또는 별도의 탄재를 가열 환원로로 장입하는 제법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    탄재의 일부 또는 전부 및/또는 별도의 탄재를 가열 환원로로 장입하고 탄재를 가열한 후 탄재의 일부 또는 전부를 고체 환원철과 함께 용해로로 이송하는 제법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    철 용탕 중의 탄소량(B)을, ① 가열 환원로로 장입되는 혼합물 중으로 배합하는 탄소질 환원제, ② 가열 환원로에서 제조된 환원철 중에 공급하는 탄소질 환원제, ③ 용해로로 공급되는 탄재, 및 ④ 용해로로 장입되는 별도의 탄재로부터 선택된 하나 이상에 의해 실시하는 제법.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 고체 금속철.
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